«Изменения нейрометаболитов в младенчестве могут иметь сильное влияние на развитие мозга, и возможно, что микробиом — или совокупность бактерий, грибов и вирусов, населяющих наш кишечник — играет роль в этом процессе», — говорит Остин Мадд, докторант программы нейробиологии Университета I. «Однако неясно, какие именно кишечные бактерии оказывают наибольшее влияние на развитие мозга и какие факторы, если таковые имеются, могут влиять на взаимоотношения между кишечником и мозгом».Исследователи изучили месячных поросят, которые удивительно похожи на человеческих младенцев с точки зрения развития кишечника и мозга. Сначала они определили относительное количество бактерий в кале и содержимом восходящей кишки поросят, а затем количественно оценили концентрации определенных соединений в крови и головном мозге.«Использование поросенка в качестве переводимой животной модели для человеческих младенцев дает уникальную возможность для изучения аспектов развития, которые иногда сложнее или этически сложнее собрать у человеческих младенцев», — говорит Мадд. «Например, в этом исследовании мы хотели посмотреть, сможем ли мы найти в кале поросят бактерии, которые могут предсказать концентрацию соединений в крови и головном мозге, которые труднее охарактеризовать у младенцев».
Исследователи применили поэтапный подход, сначала определив прогнозируемую взаимосвязь между фекальными бактериями и метаболитами мозга. Они обнаружили, что бактериальные роды Bacteroides и Clostridium предсказывают более высокие концентрации мио-инозита, Butyricimonas положительно предсказывают n-ацетиласпартат (NAA), а Bacteroides также предсказывают более высокие уровни общего креатина в головном мозге. Однако, когда бактерий рода Ruminococcus было больше в фекалиях поросят, концентрация NAA в головном мозге была ниже.«Эти метаболиты в головном мозге были обнаружены в измененных состояниях у людей с диагнозом расстройство аутистического спектра (РАС), но никакие предыдущие исследования не выявили конкретных связей между родами бактерий и этими конкретными метаболитами», — отмечает Мадд.
Следующим шагом было определить, могут ли эти четыре рода бактерий предсказывать составы в крови. «Биомаркеры крови — это то, что мы действительно можем получить у младенца, так что это клинически значимый образец. Было бы неплохо изучить мозг младенца напрямую, но визуализация младенцев сложна с материально-технической и этической точек зрения. Однако мы можем получить фекалии и кровь от младенцев ", — говорит Райан Дилджер, доцент кафедры зоотехники, отделения диетологии и программы нейробиологии Университета И.Исследователи обнаружили прогностическую взаимосвязь между фекальной микробиотой и серотонином и кортизолом, двумя соединениями в крови, на которые, как известно, влияет микробиота кишечника.
В частности, Bacteroides был связан с более высоким уровнем серотонина, в то время как Ruminococcus предсказал более низкие концентрации как серотонина, так и кортизола. Clostridium и Butyricimonas не были сильно связаны ни с одним из соединений.Опять же, говорит Мадд, результаты подтвердили предыдущие выводы, касающиеся РАС. «Изменения сывороточного серотонина и кортизола, а также уровня фекальных бактерий Bacteroides и Ruminococcus были описаны у людей с РАС».Основываясь на своем первоначальном анализе, исследователи хотели узнать, существует ли трехсторонняя связь между руминококком, кортизолом и NAA.
Чтобы исследовать это дальше, они использовали статистический подход, известный как «посреднический анализ», и обнаружили, что кортизол сыворотки опосредует взаимосвязь между количеством фекальных Ruminococcus и концентрацией NAA в головном мозге. Другими словами, похоже, что руминококк взаимодействует с мозгом и вносит в него изменения косвенно, через кортизол. «Этот результат посредничества интересен тем, что он дает нам представление об одном способе, которым кишечная микробиота может общаться с мозгом. Его можно использовать в качестве основы для разработки будущих исследований вмешательства, которые дополнительно подтверждают этот предложенный механизм», — добавляет Дилджер.«Изначально мы намеревались охарактеризовать взаимосвязь между микробиотой кишечника, биомаркерами крови и метаболитами мозга.
Но как только мы посмотрели на взаимосвязи, выявленные в нашем исследовании, они продолжали приводить нас к независимым результатам, опубликованным в литературе по аутизму. Мы сохраняем осторожность и не хотим преувеличивать наши результаты без поддержки клинических исследований, но мы предполагаем, что это могло быть фактором, способствующим гетерогенным симптомам аутизма », — говорит Мадд. Интересно, что с тех пор, как исследователи написали эту статью, другие публикации также сообщали о взаимосвязи между Ruminococcus и показателями развития мозга, подтверждая, что это может быть многообещающей областью для будущих исследований.Дилджер добавляет: «Мы признаем, что этот подход ограничен только использованием прогностических моделей.
Поэтому следующим шагом является получение эмпирических данных в клинических условиях. Поэтому важно заявить, что здесь мы только выдвинули гипотезу, но это захватывающе. рассмотреть прогресс, который может быть достигнут в будущем на основе наших доказательств в доклинической модели свиней ".